Главная Транспортный налог Допустимая колейность на дороге зимой. Технические параметры и характеристики дорог

Допустимая колейность на дороге зимой. Технические параметры и характеристики дорог

При разработке требований к ровности покрытий исходят из допустимых амплитуд и ускорений колебаний автомобилей при расчетной скорости движения. Выделяют четыре критерия, по которым оценивают допустимость тех или иных колебаний автомобиля:

удобство езды и комфортность для водителя и пассажиров;
устойчивость грузов в кузове автомобиля;
надежность и долговечность работы рессор, шин и других

частей автомобиля;

Надежность и долговечность работы дорожной конструкции.

Установлено, что решающим является критерий обеспечения

удобства и комфортности для водителя и пассажиров.

Исследованиями Р.В. Ротенберга и другими учеными установлено, что при движении по неровной поверхности ощущение колебаний водителем начинается с момента, когда ускорения колебаний достигнут z = 0,5 м/с 2 . По мере возрастания скорости движения автомобиля и неровностей ездового профиля возникают беспокоящие колебания. Этому состоянию ориентировочно соответствуют ускорения z = 2,5...3 м/с 2 . При длительном действии z = 3...5 м/с 2 колебания переходят в неприятные и непереносимые. Единичные большие и длительные среднего значения колебания влияют на функциональное состояние водителя, снижают его работоспособность.

Существенное влияние на состояние человека оказывает и частота колебаний автомобиля. Установлено, что при колебании кузова автомобиля с частотой 0,7-4 Гц пассажиры испытывают неприятные ощущения, а при 5-20 Гц создается критическое состояние для человека.

Практическое значение имеют линейные вертикальные колебания кузова (покачивание), его угловые колебания в продольной плоскости автомобиля (галопирование), угловые колебания в поперечной плоскости (пошатывание), колебание осей (мостов) в вертикальной плоскости.

Частота возмущающей силы при периодическом воздействии неровностей дороги на колеса автомобиля

где v - скорость движения, км/ч;

S - длина неровности, м.

Связь между частотой возмущающей силы, размерами неровностей проезжей части и скоростью движения Р.В. Ротенберг рекомендует устанавливать по характеристике плавности хода автомобиля.

С учетом влияния ускорения и частоты колебаний автомобиля на функциональное состояние водителей разработаны нормативные требования к продольной ровности эксплуатируемых дорог с учетом интенсивности движения, категории дороги и типа покрытия для каждого метода и измерительного прибора.

В таблице 10.6 приведены требования к ровности при проведении измерений динамометрическим прицепом ПКРС-2У.

Таблица 10.6

Требования к ровности при проведении измерений динамометрическим прицепом ПКРС-2У

Окончание

Система оценки ровности дорожного покрытия по международному индексу ровности IRI приведена в табл. 10.7.

Таблица 10.7

Система оценки ровности дорожного покрытия по международному индексу ровности IRI

Поперечная ровность определяется наличием неровностей или отклонений фактической поверхности от проектной в поперечном сечении дороги.

К неровностям и отклонениям, формирующим характеристики продольной ровности, в поперечном направлении добавляется еще один специфический вид дефектов - келейность.

Колея - это особый вид деформирования дорожной конструкции (земляного полотна, дорожной одежды с покрытием), в результате которого на поверхности проезжей части образуются углубления вдоль дороги по полосам наката без гребней выпирания или с гребнями выпирания по одной или обеим сторонам этих углублений. Колея может охватывать как слой покрытия, так и все другие слои дорожной одежды и грунты активной зоны земляного полотна.

Колеи могут образоваться на всех видах покрытий и дорожных одежд, но интенсивность их образования и глубина колей различны.

По форме поперечного профиля проезжей части можно выделить колеи в виде углублений по полосам наката; углублений по полосам наката с одним гребнем или горбом выпирания; углублений по полосам наката с двумя и тремя гребнями выпирания; углублений по полосам наката с общим проседанием поверхности проезжей части и др. (рис. 10.15). Общая глубина колеи может колебаться в широких пределах 2-150 мм и более. При прочном земляном полотне и основании на асфальтобетонном покрытии колея может образоваться за счет ускоренного износа материала верхнего слоя покрытия по полосам наката и за счет накопления пластических деформаций в слоях асфальтобетона. В реальных условиях результат этих процессов колееобразования суммируется.

Рис. 10.15. Виды колеи: 1, 2 - углубления по полосам наката; 3, 4 - углубления с одним и двумя гребнями выпирания; 5 - углубления с общим проседанием поверхности проезжей части; 6 - ось дороги

Наиболее часто колея образуется на нежестких дорожных одеждах с покрытием из асфальтобетона и других битумоминеральных смесей, однако колея истирания может формироваться и на цементобетонных покрытиях.

Как и большинство других деформаций, колея образуется при неблагоприятном сочетании двух групп факторов:

1) внешние факторы - воздействия нагрузки, климатические факторы, особенно температура воздуха и солнечная радиация, а также условия увлажнения грунта земляного полотна;
2) внутренние факторы - физикомеханические характеристики дорожной конструкции: сдвигоустойчивость, структурное состояние, прочность и степень уплотнения дорожной одежды и земляного полотна, тип грунта и его свойства. Самым важным из всех факторов образования колей является воздействие тяжелых многоосных автомобилей.

Процесс образования колей начинается одновременно с открытием движения по дороге. Вначале он идет медленно, затрагивая только верхний слой покрытия, а затем распространяется на другие слои дорожной одежды и на земляное полотно.

Основной характеристикой колеи является ее глубина h K . Общая глубина колеи может быть определена исходя из схемы, приведенной на рис. 10.16.

Рис. 10.16. Основные параметры колеи: 1,2 - линия поверхности покрытия после строительства и после образования колеи соответственно; 3 - измерительная рейка

где 1г у к - углубление на поверхности дорожной одежды за счет накопления остаточной деформации в слоях дорожной одежды и в земляном полотне, мм;

Средняя высота гребней выпора (7г л - высота выпора с левой и /? п - правой сторон), образующихся за счет пластических деформаций в слое асфальтобетона и земляном полотне, мм.

Значение углубления в общем случае составляет:

где /г ду - глубина колеи за счет доуплотнения дорожной одежды и грунта земляного полотна, мм;

/? ц - глубина колеи за счет износа (истирания), мм;

/? а б - глубина колеи за счет пластических деформаций в слоях асфальтобетона, мм;

/? 0 - глубина колеи за счет структурных деформаций в слоях основания, мм;

h T - глубина колеи за счет накопления остаточных деформаций в земляном полотне, мм.

Для измерения геометрических параметров колес применяют большое число приспособлений, приборов и установок. Все они основаны на применении двух основных методов:

1) измерение просветов между низом рейки, лежащей на боковых краях или гребнях выпора, и дном колеи, так называемый упрощенный метод ;
2) измерение отметок поверхности (глубины) колеи от горизонтальной линии на уровне краев (гребней) колеи - метод вертикальных отметок.

По первому методу измерительную рейку укладывают на поверхность гребней выпора колеи или на поверхность покрытия, если колея без гребней выпора, и от низа рейки измеряют просветы до дна колеи.

По второму методу рейку устанавливают в горизонтальное положение и от низа рейки определяют просветы (глубина колеи) относительно левого и правого края или гребня выпора колеи.

В последние годы проблема борьбы с колеями стала одной из важнейших задач на дорогах России.

Это объясняется тем, что в составе транспортного потока происходит увеличение доли тяжелых многоосных автомобилей, которые ускоряют процесс образования колей и доли легковых быстроходных автомобилей, для которых колеи представляют наибольшую опасность.

Глубокая колея затрудняет маневры автомобиля при обгоне, вызывает поперечное скольжение, боковые колебания и потерю устойчивости при выезде из колеи, что приводит к снижению скорости движения и повышению аварийности.

Исследования А.Н. Нарбута и Ю.В. Кузнецова показывают, что опасным является смена полос движения автомобилей с переездом колеи в момент наезда колеса автомобиля на боковые стенки и гребни выпоров колеи. Особенно опасен момент, когда при высокой скорости движения передние колеса переезжают гребни выпора и движутся по одним стенкам колеи, а задние - наезжают на другие стенки, имеющие противоположный поперечный уклон (рис. 10.17). При этом передняя и задняя оси автомобиля движутся под углами к вектору скорости поступательного движения, направленными в разные стороны, а продольная ось автомобиля смещается на некоторый угол относительно продольной оси полосы движения дороги .

Рис. 10.17. Движение автомобиля с переездом гребней выпоров колеи передними колесами: I, II - положение колес автомобиля перед переездом выпора колеи и после переезда выпора колеи соответственно; R - равнодействующие сил, действующих на колеса автомобиля до и после переезда через выпоры колеи; R x - направление горизонтальных сил, действующих на колесо автомобиля до и после переезда выпоров колеи; а 1; а 2 - углы наклона граней колеи

Наибольшее влияние на скорость и безопасность движения колеи оказывают в период дождей, снегопадов и метелей, когда в них скапливается вода или снег. Исходя из условий движения автомобилей, в этих случаях допустимая глубина колеи строго ограничивается.

Ровность покрытия автомобильной дороги – один из основных факторов безопасности движения. Но в процессе эксплуатации неизбежно появляется колея, препятствующая безопасному движению. В чем причина ее образования, как избежать ее появления, можно ли управлять процессом колееобразования и не допускать его – об этом и многом другом мы поговорили с крупнейшим профессионалом в данной области, профессором Ростовского государственного строительного университета, председателем совета директоров ООО «Автодор-Инжиниринг» Сергеем Константиновичем Илиополовым.

– Сергей Константинович, в чем причина образования колеи на автомобильной дороге?

– Главная причина колейности объясняется процессами накопления остаточных деформаций в элементах дорожной конструкции, то есть в каждом слое дорожной одежды и в верхнем дорожном слое полотна. Это так называемая пластическая колея. Второй и основной причиной является износ верхнего слоя покрытия в результате совместного воздействия износа и преждевременного ненормированного разрушения слоя асфальтобетона под влиянием внешних факторов, к которым относятся наряду с воздействием колес осадки, перепады температур и солнечная радиация. Эта колея разрушения и износа образуется только в верхнем, замыкающем слое дорожной одежды. И хорошо, что в выпущенные в прошлом году отраслевые нормативные документы в ОДН, регламентирующие срок восстановления или замены верхних слоев покрытия, равно как и в ГОСТ, который готовится, внесено понятие слоя износа. Поэтому корректнее сказать, что второй вид колеи образуется при преждевременном разрушении и износе слоя дорожной одежды, то есть верхнего слоя. В реальных условиях эксплуатации автомобильной дороги оба эти фактора действуют еще и совместно и в существенной степени влияют на безопасность движения. Но их необходимо разделять не только для того, чтобы понимать причины образования колейности, но и для того, чтобы знать, как с этой колейностью бороться.

– Можно ли уйти от пластической колеи вообще и решить этот вопрос нормативно?

– Уйти от пластической колеи совсем невозможно. Даже если учесть все действующие факторы, мы не сможем изменить существующую природу материала. Например, любой асфальтобетон по своей сути является упруго-вязким пластичным материалом, который имеет все основные проявления, свойственные этой категории материала: и усталость восприятия нагрузки, и перераспределение основного каркасного материала – щебня, который находится в составе асфальтобетона, поскольку основным элементом асфальтобетона является дисперсная структура асфальтовяжущая, придающая ему свойства упруго-вязкопластического тела. Это не упругое тело, он будет накапливать остаточные деформации по мере нагрузки. Разница состоит лишь в том, что упруго-пластические свойства и свойства накопления остаточной деформации асфальтобетона находятся в некоторой зависимости от температуры.

Хочу отметить абсолютное игнорирование физической природы асфальтобетона при расчете нежестких дорожных одежд, где каждое тело, берущееся в расчет, принимается как обладающее упругими свойствами, которое по своей сути таковым не является. Это исключает также остаточную деформацию после нагрузки. Как известно, при приложении нагрузки тело деформируется, а при снятии ее оно должно восстановиться до прежних размеров. Вот асфальтобетон при циклическом воздействии нагрузки, являясь упруго-вязкопластичным телом, не может восстанавливаться до тех же параметров, он восстановится, но чуть меньше. Эта разница и называется остаточной деформацией.

– Можно ли управлять процессом колееобразования на наших дорогах?

– При существующей нормативной базе нельзя. Асфальтобетоны, как и иные материалы, присутствующие в нежесткой дорожной одежде, как уже сказали, принимаются как жесткие, не являясь таковыми по сути.

– Есть ли выход в такой ситуации?

– Необходимо совершенствовать нормы проектирования нежестких дорожных одежд, вводя в расчет два дополнительных управляемых критерия: накопление расчета нежестких дорожных одежд на накопление остаточной деформации и образование усталостных трещин. Асфальтобетон в существующей нормативной базе рассматривается как материал, который может выдержать любое число нагрузки за расчетный период, закладывающийся в нормативах. Еще недавно, в зависимости от дорожно-климатической зоны и категории дороги, данный период был 18 лет, сегодня – 24 года. Это те межремонтные сроки, в течение которых предполагается, что абсолютно упругое тело, которым является асфальтобетон, должно работать без нарушения своей сплошности, точнее без образования усталостных трещин. Это миф, который любому понятен. Если даже сталь, гораздо более твердое тело, имеет усталость, при наступлении которой происходит разрыв металла, то что говорить про асфальтобетон. В современной нормативной базе нет разницы, для какой дороги мы проектируем: с интенсивностью движения более 110 тысяч автомобилей в сутки или 20 тысяч автомобилей в сутки. Понятно, что эффективность асфальтобетона в разных условиях будет различна. Срок службы дорожной одежды определяется категорией дороги и закладывающимися в расчет существующими нагрузками, но нигде не предъявляются требования к сопротивлению усталостного разрушения асфальтобетона, исходя из чего не рассчитывается срок службы либо при заданном сроке службы дорожной одежды не определяется и не рассчитывается период эксплуатации, после которого возникают усталостные разрушения, чтобы планировать ремонтные мероприятия. Вот именно с этой целью необходимо разрабатывать один из тех двух критериев, которые я назвал выше.

Если образование колейности – это очевидный факт, то трещины – тот коварный фактор, который не всегда бросается в глаза, но его влияние и необходимость учета при расчете иногда более значимы.

Первая причина. Асфальтобетон закладывается в расчет дорожной одежды с некими заданными физико-механическими свойствами, в первую очередь это модуль его упругости. И мы даже в обиходе всегда называем прочность некоего конструктивного элемента, состоящего из асфальтобетона, модулем упругости асфальтобетона. И в этом кроется еще один корень зла. Для дорожной одежды крайне важны параметры и прочность не материала, а слоя. Таким образом, на эксплуатационные характеристики даже нежесткой дорожной одежды первостепенное влияние оказывает модуль упругости слоя из асфальтобетонной смеси или асфальтобетона. Как только в этом слое образуются усталостные трещины, происходит нарушение сплошности. И при том же самом модуле упругости как материала получаем резкое снижение прочности, поскольку при разбивании на блоки принципиально меняется система распределения нагрузки, и все нижние слои будут испытывать гораздо большую нагрузку в зонах трещин. Казалось бы, элементарные вещи, но о них сегодня никто не говорит, они являются бичом наших автомобильных дорог.

Вторая причина. Получая усталостные трещины, мы получаем ненормативное состояние нежесткой дорожной одежды. В этих условиях расчетные схемы, заложенные в нормативах, уже не работают, а дорожная одежда должна работать дальше.

Для высоконагруженных автомагистралей с интенсивностью движения свыше 100 тысяч автомобилей четырьмя полосами, то есть дорог первой категории, а зачастую и второй категории, пакет асфальтобетонных слоев должен состоять, как правило, из трех слоев. И эти три слоя суммарно должны быть не меньше определенной толщины – 28 см. Кстати, в нормативной базе Российской Федерации не существует критерия, который бы определял рекомендуемую толщину асфальтобетонных слоев и от чего она зависит. Сегодня вы не найдете нигде ни одного поясняющего материала, который мог бы указать на факторы, позволяющие определить минимальную толщину пакета асфальтобетонных слоев. Мы приближаемся к разработке этого нормативного документа, который позволит ответить на вопрос, почему пакет асфальтобетонных слоев не может быть меньше определенной величины. Определяется эта величина составом и интенсивностью движения и необходимостью поглощения данным пакетом высокочастотной части динамического спектра воздействия автомобиля. Этот критерий, на мой взгляд, очень важен. Самую высокочастотную энергоемкую часть спектра динамического воздействия автомобилей должен поглотить асфальтобетон, так как он, обладая определенной сплошностью, содержит в себе асфальтовое вяжущее, ту дисперсную часть, в которой как в вязком веществе поглощаются эти частоты воздействия автомобиля. Что такое частота? Это некое воздействие, определяемое длиной волны. Мы должны поглотить ту часть спектра динамического, длины волн которого сопоставимы с толщиной пакета асфальтобетонных слоев. С уменьшением этой толщины существенная часть спектра опускается ниже, в те слои, которые данному энергетическому воздействию при длинных частотах сопротивляться не способны. А если еще дальше находится щебень, это будет означать существеннейшее превышение истирания материала и превращение его в каменную муку в течение 5–7 лет при сроке службы дорожной одежды 24 года. На эту тему тоже нет никаких рекомендаций, никаких критериев.

– Почему усталостные разрушения опаснее пластических?

– Учет усталостных разрушений и недопущение появления их очень важны. Усталостные трещины образуются на нижней грани последнего сверху слоя асфальтобетона в пакете асфальтобетонных слоев, поскольку именно эта грань испытывает максимальное растяжение. Следовательно, мы можем получить усталостные трещины на нижней грани последнего, третьего слоя. Процесс прорастания трещины вверх очень быстр. В течение полугода получим проросшую трещину, причем с каждым последующим слоем скорость ее образования будет выше, потому что все меньший массив асфальтобетона будет сопротивляться растягивающему напряжению, тем более концентратором напряжения всегда служили края. Таким образом, на поверхности покрытия появляются трещины, причем они могут быть и строго поперечные, и под углом, и продольные, и сетки трещин. Проблема даже не в том, что это создает дискомфорт при движении, при образовании сетки трещин быстро достигается фрагментация асфальтобетона верхнего слоя покрытия, в образующуюся трещину будет проникать влага, а в том, что нарушается сплошность пакета асфальтобетонных слоев, которые при этом кардинально меняют свою распределяющую способность на нижние слои. И нижние слои основания начинают испытывать те напряжения, на которые они по своей физике не рассчитаны. В результате мы резко снижаем ресурс нижележащих слоев, рабочий ресурс которых существенно превышает и 20, и 30 лет. Мы этот ресурс просто уничтожаем. Поэтому усталостные разрушения с точки зрения долговечности нежестких дорожных одежд имеют принципиальное значение.

Выход из этого положения очень простой. Нельзя говорить о неких вещах и явлениях до той поры, пока ты не управляешь ими. Ни колееобразование, ни усталостные разрушения сегодня в Российской Федерации нигде нормативно не определены и никто не управляетданным процессом, потому что управлять им можно только тогда, когда ты умеешь его рассчитывать, знаешь законы его образования.

Таким образом, надо срочно разрабатывать два новых критерия. Первый – это расчет нежестких дорожных одежд на их эксплуатационную долговечность, или надежность, что позволило бы рассчитывать накопления остаточных деформаций в виде образования поперечной неровности или пластической колейности в течение расчетного срока службы нежесткой дорожной одежды. Второй критерий – должен быть расчет нежестких дорожных одежд на накопление усталостных разрушений. До той поры, пока на стадии проектирования мы не будем получать два графика накопления остаточной деформации усталостных разрушений по годам жизненного цикла, не будем не только управлять данными процессами, но не сможем даже осмысленно констатировать сам факт существования этих проблем.

– Есть ли способ решения данных проблем? В каком направлении нужно двигаться?

– Государственная компания «Автодор» на протяжении последних пяти лет неоднократно заявляла на всех уровнях о том, что такие критерии необходимы. И более того, основные сложности при разработке данных критериев заключаются даже не в том, что мы должны признать несовершенство методов расчета дорожных одежд. Нам нужны новые критерии на уровень эксплуатационного состояния автомобильных дорог в процессе эксплуатации нежестких дорожных одежд. Самая большая проблема, которую предлагала взять на себя Государственная компания, это те методики, те знания, научные школы, которые могут реализовать и решить ее. Это методики расчета, разработка критериев, на основе которых методики будут работать. У нас существуют сегодня научные школы, которые не только в состоянии решить этот вопрос, но уже работают для Государственной компании «Автодор» по разрешению данных проблем. И я очень надеюсь, что к концу 2018 года эти критерии будут представлены для апробирования. Это позволит нам управлять теми процессами, о которых мы говорим, потому что сегодня даже у технической элиты дорожной отрасли нет четкого понимания того, что все проблемы с верхними слоями покрытия, включая повышенные межремонтные сроки, невозможно решить только верхним слоем износа. Есть интегральный совокупный показатель здоровья всей дорожной конструкции.

Свой взнос в образование пластической колеи или неровности вносит каждый элемент дорожной конструкции, включая земляное полотно. Ровность верхнего слоя нежесткой дорожной одежды должна начинаться с ровности верхних слоев земляного полотна, нижних подстилающих слоев, нижних асфальтобетонных слоев пакета, а ровность верхнего, замыкающего слоя является их интегральным, суммирующим показателем. Итак, все проблемы, с которыми сталкиваются водители на наших дорогах, это усталостные разрушения, колейность, возникающая в результате разрушения верхнего слоя, потому что все эти параметры не имеют не только критерии, но даже внутреннего понимания необходимости их учета.

– Какие факторы основные при определении долговечности дорожных одежд?

– Речь идет о накоплении. Если мы говорим о колейности, то вспомним, что вклад в нее вносят два фактора: накопление остаточной деформации в каждом элементе дорожной конструкции плюс разрушающее и истирающее воздействие колес автомобиля, для которых прежде всего важна структура верхнего замыкающего слоя. Для того чтобы управлять этими процессами, как я уже отметил, нужно создавать методики, которые учитывают накопление и образование остаточной пластической деформации в нежесткой дорожной одежде. Первостепенное значение для каждого элемента одежды имеют и влажность, и температура. Влажность, например, для грунта земляного полотна или песчано-гравийной смеси важна, потому что прочность земляного полотна прямо пропорциональна его плотности, а плотность обратно пропорциональна влажности. Влажность обязательно будет учитываться в этих критериях. Так и для асфальтобетона: при 20 °С он работает совершенно иным образом, нежели при 60 °С. Все эти факторы должны участвовать в методике расчета нежестких дорожных одежд на накопление остаточных деформаций. Равно как и усталость находится в существенной зависимости от влажности грунта земляного полотна, поскольку при переувлажнении несущая способность вообще теряется и асфальтобетон будет работать в существенно более жестких условиях, поскольку опереться ему практически не на что. Поэтому все эти факторы являются основными при определении долговечности дорожных одежд.

Общие положения . Зимнее содержание представляет собой комплекс мероприятий, включающий: защиту дорог от снежных заносов; очистку дорог от снега; борьбу с зимней скользкостью; защиту дорог от лавин; борьбу с наледями. Эти мероприятия должны обеспечивать бесперебойное и безопасное движение автомобилей с высокими скоростями и нагрузками, соответствующими требованиям, установленным в Технических правилах ремонта и содержания автомобильных дорог.

Для выполнения указанных требований дорожная эксплуатационная служба должна обеспечить высокий уровень зимнего содержания дорог, основными показателями которого являются (рис. 15.1): ширина чистой от снега и льда поверхности дороги; толщина слоя рыхлого снега на поверхности дороги, накапливающегося с момента от начала снегопада или метели до начала снегоочистки и в перерывах между проходами снегоочистительных машин; толщина уплотненного слоя снега (снежного наката) на проезжей части и обочинах; сроки очистки дороги от снега и ликвидации гололёда и зимней скользкости.

Рис. 15.1. Основные показатели уровня зимнего содержания дорог: В 1 - очищенная от снега и льда поверхность дороги, м; В - ширина проезжей части, м; h г - толщина слоя рыхлого или уплотнённого снега на поверхности дороги, мм; h о - толщина слоя снега на обочине

Зимний период года является самым сложным для эксплуатации дорог и организации движения. Продолжительность этого периода колеблется от 20 суток в южных районах до 260 суток в северных районах России. Состояние поверхности дорог и условия движения зимой формируются под влиянием отрицательной температуры воздуха, ветра, снегопада, метели, гололёда и ограниченной метеорологической видимости, а также сочетания этих факторов. В горных районах самым опасным зимой является образование и сход снежных лавин.

Различают несколько видов снежно-метелевых явлений.

Спокойный снегопад (снегопад) - выпадение снега из облаков без сдувания и переноса его ветром. Спокойный снегопад наблюдается при скорости ветра до 2-3 м/с. Толщина слоя, выпадающего за один снегопад, составляет чаще всего 1-5 см. Иногда за один снегопад выпадает 6-15 см и в редких случаях 16-35 см. В горных районах иногда за один снегопад образуется слой толщиной до 1 м. Свежевыпавший сухой, рыхлый снег имеет плотность от 0,07 до 0,12 г/см 3 ; если выпадает влажный или мокрый снег, его плотность может достигать 0,2-0,25 г/см 3 .

Верховая метель - снегопад при ветре, когда снег переносится в слое воздуха высотой до 100 м.

Низовая метель - перенос частиц ранее выпавшего снега без выпадения снега из облаков. Разделяется на позёмку - перенос частиц снега поднятием над уровнем снежного покрова до 30 см и на собственно низовую метель , когда переносимые частицы снега поднимаются на высоту до 10 м.

Общая или двойная метель - сочетание низовой и верховой метели, когда одновременно переносится выпадающий из облаков снег и частицы ранее выпавшего снега. Это самые неблагоприятные для зимнего содержания условия.

Метелевые отложения, называемые снежными заносами , имеют большую толщину и плотность. На участках с нулевыми отметками и малыми насыпями толщина метелевых отложений составляет 0,6-1 м. Мелкие выемки заносятся полностью, а в глубоких выемках толщина отложений может доходить до 5-6 м. Плотность снега в снежных заносах составляет 0,25-0,35 г/см 3 .

Зимняя скользкость образуется на дорогах в виде гололедицы, гололёда и снежного наката.

Наличие снежных отложений на дороге приводит к сокращению используемой для движения ширины проезжей части, увеличению коэффициента сопротивления качению и снижению коэффициента сцепления (рис. 15.2), в результате чего происходит снижение скорости и ухудшение условий безопасности движения.

Толщина слоя рыхлого снега, мм

Рис. 15.2. Зависимость коэффициента сопротивления качению и коэффициента сцепления от толщины слоя рыхлого снега: 1 - коэффициент сопротивления качению; 2 - коэффициент сцепления

Вся система мероприятий по зимнему содержанию дорог должна быть построена таким образом, чтобы с одной стороны обеспечить наилучшие условия для движения автомобилей, с другой - максимально облегчить, ускорить и удешевить зимнее содержание. Чтобы обеспечить выполнение этой задачи, при зимнем содержании проводятся:

профилактические меры , цель которых - не допустить или максимально ослабить образование снежных и ледяных отложений на дороге; к числу таких мер относятся уменьшение снегозависимости дорог, профилактическая обработка покрытий химическими противогололедными веществами и др.;

защитные меры , с помощью которых преграждают доступ к дороге снега и льда, поступающего с прилегающей местности; к ним относится применение защит от метелевого переноса, от снежных лавин, от наледного льда. Главным критерием качества снегозащиты следует считать полное исключение отложений метелевого снега на дорогах с тем, чтобы для патрульной снегоочистки оставалось только удаление снега, выпадающего во время снегопадов;

меры по удалению уже возникших снежных и ледяных отложений (например, очистка дорог от снега и льда), а также по уменьшению их воздействия на автомобильное движение (обработка обледеневшей поверхности дороги материалами, повышающими коэффициент сцепления шин с дорогой).

Требования к состоянию дорог в зимний период . Состояние поверхности дорог зимой зависит от климатических характеристик района проложения дороги, её конструктивных особенностей, степени защищённости от снежных заносов, а также от организации работ по очистке дорог от снежных отложений и ликвидации зимней скользкости.

Требования к уровню зимнего содержания определяются исходя из оценки влияния состояния дорог в зимний период на различных участках на обеспеченность расчётной скорости, которая зависит как от динамических качеств автомобиля, так и от соотношения сил сцепления и сопротивления качению при различной толщине слоя рыхлого снега на покрытии.

Влияние снежных отложений и зимней скользкости на режим движения автомобилей можно установить из анализа основного условия движения, которое в упрощённом виде имеет вид:

m   f ± i , где

m - коэффициент сцепного веса, колеблется от 0,5 до 0,65;

 - коэффициент сцепления;

f - коэффициент сопротивления качению;

i - продольный уклон, в промилях.

Если принять величину коэффициента сцепного веса равной 0,5, то основное условие движения можно сформулировать в следующем виде: движение автомобиля по дороге будет возможно только тогда, когда величины коэффициента сцепления будет в два раза выше, чем сумма дорожных сопротивлений, состоящая из сопротивления качению и продольного уклона.

Следовательно, при определенных соотношениях сцепных качеств и сопротивления качению движение по дороге в тяговом режиме может оказаться невозможным независимо от динамических качеств, а максимальная скорость движения автомобиля (V max) в тяговом режиме не может быть больше величины, определённой по формуле А.П. Васильева:

 60 - коэффициент сцепления при скорости измерения 60 км/ч;

f 60 - коэффициент сопротивления качению для скорости 60 км/ч.

Эти положения служат теоретической основой разработки требований к допускаемой толщине слоя снега на покрытии.

Если исходить из наиболее неблагоприятных сочетаний сопротивления качению и коэффициента сцепления заснеженного покрытия, то при толщине слоя снега на покрытии от 2 до 20 мм в зависимости от его температуры и влажности условия движения на дороге становятся трудными, а коэффициент обеспеченности расчётной скорости снижается до 0,75. Уже при толщине слоя снега более 30 мм могут наблюдаться остановки легковых автомобилей на горизонтальных участках дорог из-за буксования, а при толщине более 80 мм такие остановки приобретают массовый характер. Современные грузовые автомобили могут двигаться при толщине слоя рыхлого снега от 80 до 120 мм, но скорости движения при этом будут очень низкими (рис. 15.3). Особенно сильно влияют на скорость движения наличие снежных отложений при движении на подъёмах.

Рис. 15.3. Влияние толщины слоя рыхлого снега h р.сн на скорость автомобилей: а - легковых; б - грузовых типа ЗИЛ-130: 1, 2, 3 - скорости, возможные по динамическим качествам автомобилей при f min , f cp , f max ; 4, 5, 6, 7- скорости, возможные по соотношению  max и f min ;  cp и f cp ;  min и f max

При толщине слоя рыхлого снега 2-5 мм или при наличии уплотненного слоя снега на покрытии нормальные условия движения обеспечиваются только на подъемах с уклоном 1-3 %. На всех остальных участках расчётная скорость движения не обеспечивается. При минимальных значениях  или максимальных значениях f остановки движения легковых автомобилей на подъемах с уклонами в 3 % будут наблюдаться при толщине слоя рыхлого снега 40-50 мм, а с уклонами 5 % - при толщине слоя снега 20-30 мм.

При наличии снежного наката большое влияние на скорость и безопасность движения оказывает ровность уплотненного снега, которая зависит от толщины слоя снега, его физико-механических характеристик, интенсивности и состава движения и уровня содержания. Ровность заснеженной поверхности колеблется в широких пределах в зависимости от толщины снежного покрова и тщательности его выравнивания (рис. 15.4). Если снег не удалён полностью, но регулярно разравнивается автогрейдерами или другими плужными очистителями, нормальные условия движения наблюдаются при толщине слоя снега до 90 мм. При нерегулярном профилировании или при удалении снега с покрытия бульдозерами нормальные условия движения наблюдаются при толщине слоя снега не более 25 мм. Нормальные условия для средних параметров снежных отложений наблюдаются при толщине слоя до 40 мм.

Рис. 15.4. Изменение ровности проезжей части при наличии уплотнённого снега

В любом случае толщина слоя снежного наката не должна превышать 100-120 мм по условиям ровности (рис. 15.5). Важно отметить, что хотя при небольшой толщине слоя уплотнённого снега ровность меняется незначительно, на дорогах I-III категорий снег все равно должен быть удалён с покрытия, чтобы обеспечить требуемые сцепные качества. На дорогах IV-V категорий толщина плотного слоя снега не должна быть более 60 мм при условии постоянного профилирования и полной очистки снега на участках подъёмов и спусков, и только в исключительных случаях на отдельных участках может допускаться до 200 мм.

Рис. 15.5. Влияние толщины слоя снега на обеспеченность расчётных скоростей: 1 - возможная скорость при лучшей ровности; 2 - ограничение по  max ; 3 - возможная скорость при средней ровности; 4 - ограничение по  cp ; 5 - возможная скорость при плохой ровности; 6 - ограничение по  min

Особое значение имеет соблюдение указанных требований при организации патрульной снегоочистки.

Допустимая толщина слоя рыхлого снега, накапливающегося на дороге, зависит от интенсивности снегопада и времени между проходами снегоочистительных машин, называемого временем снегонакопления. Поэтому количество патрульных снегоочистительных машин прямо зависит от допустимой толщины слоя рыхлого снега, который накапливается в перерывах между проходами машин:

где (15.2)

h доп - допустимая толщина слоя снега на покрытии, мм;

L - длина участка дороги, км;

В - ширина очищаемой поверхности, м;

V раб - скорость снегоочистителя, км/ч;

К b - коэффициент использования рабочего времени (может быть принят 0,7-0,9);

b - ширина захвата снегоочистителя, м.

Поэтому и затраты на патрульную снегоочистку в наибольшей степени зависят от допустимой толщины слоя рыхлого снега на покрытии во время снегопада и интенсивности снегопада (рис. 15.6). При допустимой толщине слоя снега менее 30-20 мм затраты на снегоочистку стремительно растут.

Рис. 15.6. Затраты на патрульную снегоочистку в зависимости от допускаемой толщины слоя рыхлого снега на дороге h доп и интенсивности снегопада i

За высший уровень зимнего содержания можно принять обеспечение чистой сухой поверхности дороги, при котором толщина слоя снега на покрытии во время метелей и снегопадов не превышает 5 мм, а срок его удаления так же как удаления гололёда и зимней скользкости не превышает 1 ч после окончания снегопада, метели, гололёда.

Этот уровень может быть достигнут при полной оснащённости дорожной службы до нормативной потребности машинами, оборудованием и материально-техническими ресурсами на участках дорог, запроектированных с соблюдением всех требований по защите от снежных заносов и не всегда экономически целесообразен (табл. 15.1). Поэтому указанные технические требования могут быть скорректированы технико-экономическими расчетами с учетом фактической интенсивности движения и затрат на содержание дороги в соответствии с существующими требованиями в реальных климатических условиях.

Таблица 15.1

Наименование средств механизации	Основные параметры	Минимально необходимое количество (на 100 км)


Одноотвальные плужно-щёточные снегоочистители	Ширина отвала 3 м; рабочая скорость - 25-60 км/час
Шнекороторные или фрезеророторные снегоочистители	Ширина захвата 3 м; производительность - 1000-1200 т/час
Бульдозер с поворотным отвалом	Мощность 118 КВт
Автогрейдер лёгкий	Мощность 66 КВт
Распределитель твёрдых противогололёдных материалов	Ширина распределения - 10 м; вместимость бункера - 5 м 3
Распределитель жидких противогололёдных материалов	Ширина распределения - 7 м; ёмкость бункера - 5 м 3
Фронтальные погрузчики	Ёмкость бункера - 2 м 3

Критерием технико-экономического обоснования требований к уровню содержания может быть принят минимум приведенных затрат, которые в общем виде будут слагаться из двух групп затрат:

а) затраты, сумма которых сокращается с ужесточением требований к уровню содержания дороги;

б) затраты, сумма которых увеличивается с ужесточением требований к уровню содержания дороги.

К первой группе относятся затраты автомобильного транспорта (капитальные вложения и текущие затраты), которые сокращаются при увеличении средней скорости движения за счёт более высокого уровня содержания дорог и от дорожно-транспортных происшествий. Ко второй группе относятся затраты на содержание дороги, которые увеличиваются с увеличением требований и в зависимости от длительности и вероятности действия метеорологических факторов.

На рис. 15.7 приведены результаты расчётов для снегопадов различной интенсивности продолжительностью 6 ч. Их анализ показывает, что на дорогах II категории даже при сильном снегопаде экономически нецелесообразно допускать накопления слоя рыхлого снега толщиной более 10-15 мм в то время, как на дорогах IV категории в этих условиях толщина слоя снега может быть допущена до 50-60 мм и более.

Рис. 15.7. Технико-экономическое обоснование требований к допустимой толщине слоя рыхлого снега: 1 - затраты на очистку дороги от снега при интенсивности снегопада 2 мм/ч; 2, 3 - транспортные затраты при интенсивности движения 1000 авт./сут и 4000 авт./сут; 4, 5 - суммарные затраты при интенсивности движения 1000 авт./сут и 4000 авт./сут

Важной задачей дорожной службы является соблюдение сроков ликвидации снежных отложений и зимней скользкости, которые должны быть дифференцированы для дорог с различной интенсивностью движения в различных климатических зонах. От установленных сроков ликвидации зависит требуемое количество машин для зимнего содержания.

Установлено, что независимо от района проложения дороги гололёд и снежный накат должны убираться практически в одинаковые сроки. С увеличением количества снегопадов экономически эффективные сроки ликвидации снежных отложений увеличиваются, а с увеличением количества гололёдов - уменьшаются (рис. 15.8). Экономически целесообразно выдерживать одинаковые сроки ликвидации зимней скользкости на всём протяжении дороги вне зависимости от величины итогового коэффициента безопасности (рис. 15.9). Это свидетельствует о том, что влияние зимней скользкости на аварийность значительно превышает влияние геометрических параметров дороги.

Рис. 15.8. Зависимость сроков ликвидации зимней скользкости от повторяемости гололёда и снегопада: а - снегопада; б - гололёда; 1 - интенсивность движения 200 авт./сут, длительность зимнего периода 30 дней; 2 - интенсивность движения 500 авт./сут, длительность зимнего периода 160 дней

Рис. 15.9. Зависимость сроков ликвидации зимней скользкости от итогового коэффициента аварийности: 1 - интенсивность движения 200 авт./сут, длительность зимнего периода 220 дней; 2 - интенсивность движения 500 авт./сут, длительность зимнего периода от 30 до 160 дней

Наибольшее влияние на экономически эффективные сроки ликвидации зимней скользкости и снежных отложений оказывает интенсивность движения (рис. 15.10), которая и должна быть положена в основу градации требований к директивным срокам ликвидации этих явлений, т.е. сроки должны быть дифференцированы именно по интенсивности движения.

Рис. 15.10. Зависимость сроков ликвидации зимней скользкости от методов борьбы и интенсивности движения: 1 - применение пескосоляных смесей; 2 - то же, твёрдых хлоридов; 3 - нормы ФРГ

При этом нормативным сроком ликвидации гололёда считается время с момента его обнаружения и начала работы до полного удаления, а сроком ликвидации снежных отложений - время с момента окончания снегопада или метели до полного удаления снега с проезжей части или доведения до допустимой ширины очистки и толщины снежных отложений.

В практической деятельности могут иметь место случаи, когда экономически целесообразные требования к допустимой толщине слоя снега на покрытии и сроком ликвидации зимней скользкости и гололёда не могут быть обеспечены из-за недостаточной оснащённости дорожной службы машинами и оборудованием для зимнего содержания. В этом случае должны быть обоснованы временные отступления от экономически эффективных требований.

Допустимые уровни и требования к зимнему содержанию дорог. По уровню зимнего содержания все дороги делятся на три группы:

Группа А - дороги с чистой на всю ширину проезжей частью;

Группа Б - дороги с чистой серединой проезжей части;

Группа В - дороги с уплотнённым снегом на проезжей части.

Директивные требования к показателям уровня зимнего содержания каждой дороги должны устанавливаться на основе технико-экономических расчетов с учётом оснащённости дорожно-эксплуатационной службы машинами и оборудованием для зимнего содержания дорог. Предельно допустимые значения указанных требований приведены в табл. 15.2.

Таблица 15.2

Характеристики дорог	Показатели состояния
Характеристики дорог	Интенсивность движения, авт./сут	Минимальная ширина очищенной поверхности проезжей части, м	Максимально допустимая толщина слоя рыхлого снега на проезжей части, мм	Допустимая толщина уплотнённого слоя снега на проезжей части, мм	Допустимая толщина уплотненного слоя снега на обочинах (у бровки земляного полотна), мм	Максимальный срок проведения работ по снегоочистке и ликвидации зимней скользкости, час
Федеральные автомобильные дороги	Более 3000	На всю ширину

	Менее 1000
Территориальные дороги с регулярным автобусным движением	Более 3000

	Менее 1000
Дороги местного значения с регулярным автобусным движением	Менее 1000
Дороги местного значения с допускаемым перерывом движения	Движение не регулярное

* - На дорогах с переходными и низшими типами дорожных одежд.

Как правило, расчистку дорог от выпадающего и приносимого к дороге снега необходимо производить на полную ширину земляного полотна, а ликвидацию зимней скользкости - на ширину проезжей части и краевых укрепительных полос. Допускается оставлять слой уплотненного снега небольшой толщины на покрытиях переходного типа и на грунтовых дорогах. Оставляемый на проезжей части и обочинах снег необходимо регулярно профилировать, чтобы предотвратить образование неровностей.

Работы по измерению параметров (глубины) колеи выполняют в теплый период года при отсутствии воды на поверхности дороги. Измерения могут выполняться как в составе общих работ по диагностике, так и самостоятельно.

Согласно ОДМД глубина колеи измеряется двумя способами:

Упрощенный способ измерения колеи осуществляют в такой последовательности:

До начала инструментальных измерений уточняют местоположение участков с колеей, намеченных в процессе предварительной оценки состояния дороги. Каждый из таких участков выделяют в самостоятельный и привязывают к километражу (начало и конец участка).

Самостоятельным считается такой участок, на котором параметры колеи примерно одинаковы. Протяженность такого участка может колебаться от 20 м до нескольких километров;

Самостоятельный участок разбивают на измерительные участки, длиной до 100 м (рис.10). На каждом измерительном участке выделяют 5 створов измерения на равном расстоянии один от другого (на 100-метровом измерительном участке через каждые 20 м), которым присваивают номера от 1 до 5. При этом последний створ предыдущего измерительного участка становится первым номером последнего створа и имеет номер 5/1.

Рис. 10. Схема самостоятельного и измерительного участков: L – длина самостоятельного участка, м; l – длина измерительного участка, м; a, a 1 – расстояние между створами измерения, м; 1, 2, 3, 4, 5/1 – номера створов измерения

Если общая длина самостоятельного участка не равна целому количеству измерительных участков по 100 м каждый, тогда выделяется дополнительный укороченный измерительный участок.

Измерения выполняют по внешней колее на всем протяжении оцениваемого участка, за исключением мест прерывания колеи.

Измерительное оборудование, применяемое при упрощенном способе измерений:

Рейка укороченная, длиной 2000±2 мм, на боковых гранях которой нанесена шкала, оцифрованная через 10 см;

Измерительный щуп, длиной 1000±2 мм, не считая держателя. Шкала щупа должна обеспечить измерения колеи глубиной до 30 см.

Последовательность измерения глубины колеи:

Укладывают рейку на выпоры внешней колеи (рис.11) а при отсутствии выпоров – на проезжую часть так, чтобы перекрыть измеряемую колею;

Устанавливают щуп вертикально и берут по нему один отсчет h к (с точностью до ±1 мм) в точке, соответствующей наибольшему углублению колеи в каждом створе.

Полученные измерением значения глубины колеи – расстояние по вертикали от дна колеи до опорной грани рейки (до гребня выпора) записывают в ведомость установленной формы (табл.9).

Если в створе измерения имеется дефект покрытия (выбоина, трещина и т.п.), створ измерения может быть перемещен вперед или назад на расстояние до 50 м, чтобы исключить влияние данного дефекта на считываемый параметр.

Рис. 11. Схема измерения глубины колеи, упрощенным методом

Таблица 9

Ведомость измерения глубины колеи по упрощенному способу

Участок дороги ________ Направление ___________

Номер полосы _________ Положение начала участка ______ Положение конца участка _____ Дата измерения _________

Обработка результатов измерения:

Анализируют результаты измерения в 5 створах измерительного участка, отбрасывают самую большую величину (в табл.8 значение 17 мм), а следующую за ней величину колеи в убывающем ряде принимают за расчетную на данном измерительном участке h к.и ;

Определяют расчетную глубину колеи h к.с для самостоятельного участка, как среднеарифметическую из всех значений расчетной глубины колеи на измерительных участках h к.и :

, (9)

где n – количество измерительных участков на данном самостоятельном участке

Оценку эксплуатационного состояния дорог по глубине колеи производят по каждому самостоятельному участку. С этой целью расчетные значения глубины колеи h кс сопоставляют с допустимыми и предельно допустимыми величинами, представленными в табл.10.

Участки дороги с глубиной колеи h кс больше предельно допустимой (h кс > h к пр ) относятся к опасным для движения автомобилей и требуют немедленного устранения колеи.

Таблица 10

Шкала оценки состояния дорог по параметрам колеи,

измеренной по упрощенной методике

Значения допустимой и предельно допустимой глубины колеи определены из условия обеспечения безопасности движения на мокром покрытии со скоростью ниже расчетной на 25% - для допустимой колеи и на 50 % - для предельно допустимой глубины колеи, а также с учетом влияния колеи на условия очистки покрытия от снежных отложений и борьбы с зимней скользкостью.

Следует заметить, что требования к допустимой глубине колеи в разных странах существенно различаются: в Германии она должна составлять в первые 2 года эксплуатации автострады не более 2 мм ; в Швейцарии состояние покрытия оценивается как «хорошее» при hк ≤ 4 мм – при скорости более 80 км/ч и как «критическое» - при глубине колеи h к = 16-25 мм для той же скорости движения. Следовательно, вопрос о допустимой глубине колеи и степени ее влияния на дорожные условия и безопасность дважения нуждаются в глубоком научном обосновании.

3.3.3. Оценка прочности дорожных одежд

Прочность (несущая способность) дорожных одежд – способность сопротивляться развитию остаточных деформаций и разрушений под воздействием напряжений, возникающих в конструкции от расчетной нагрузки и влияния природных и климатических факторов.

В процессе эксплуатации дороги, под воздействием транспортных средств, погодно-климатических и других факторов прочность конструкции снижается, особенно при неблагоприятных гидрогеологических условиях, большой интенсивности движения и больших осевых нагрузках. Снижение прочности

конструкции, как правило, объясняется накоплением необратимых деформаций в каждом из слоев дорожной одежды и земляном полотне.

Несущая способность (прочность) дорожной конструкции оценивается фактической величиной упругого (обратимого) прогиба l ф под расчетной нагрузкой или модулем упругости Е ф .

Полевые испытания дорожных одежд нагрузкой состоят из линейных на каждом характерном участке дороги и испытаниях на контрольных точках . Оба вида полевых испытаний дорожной одежды рекомендуется осуществлять в расчетный период года.

Расчетным, считается наиболее неблагоприятный по условиям увлажнения период года в течение которого прочность дорожных конструкций достигает минимальных значений. Для северных и центральных районов Р.Ф. расчетный период совпадает со временем весеннего оттаивания грунта земляного полотна; в южных его начало совпадает с периодом выпадания – осенне-зимне-весенних осадков.

Продолжительность расчетного периода Т р , суток в районах с сезонным промерзанием грунта земляного полотна (II – III ДКЗ ) определяют по формуле

(10)

где h 0 – глубина промерзания земляного полотна, см;

а – среднесуточная скорость оттаивания грунта, равная 1–3 см/сут.

Испытания нагрузкой начинают с измерений фактического прогиба дорожной одежды на контрольных точках. Местоположение (адрес) точек уточняют в процессе линейных испытаний (после статистической обработки результатов измерений).